12第十二章-地基处理--wwx.ppt

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1、第第12章章 地基处理地基处理主要内容主要内容l概 述l垫层法l排水固结预压法l深层水泥搅拌法l强夯法l灌浆法第第1节节 概概 述述l工程上常需处理的土类主要包括：l（1）饱和淤泥质粘土l（2）粉质粘土l（3）细粉砂土l（4）砂砾石类土l（5）膨胀土l（6）黄土l（7）红粘土l（8）岩溶一、软弱地基土的特征l由软弱土组成的地基称为软弱地基。l软弱土系指淤泥、淤泥质土和部分冲填土、杂填土及其它高压缩性土。l淤泥、淤泥质土在工程上统称为软土。1、软土 软土的工程特性如下：(1)含水率高，孔隙比大；(2)压缩性高；(3)抗剪强度低；(4)渗透性较差；(5)具有显著的结构性；(6)具有明显的流变性。软

2、软 土土 结结 构构l由于软土具有强度低、压缩性高和渗透性差等特点，在软土地基上修建建筑物，必须重视地基的变形和稳定问题。l软土地基的承载力一般为5080KPa，如果不作处理，就不能承受较大的建筑物荷载。2、冲填土 冲填土是在整治和疏通江河时，用挖泥船或泥浆泵把江河或港湾底部的泥砂用水力冲填形成的。l冲填土的物质成分比较复杂：（1）若以粉土、粘土为主，则属于欠固结的软弱土；（2）当冲填土主要由中砂粒以上的粗颗粒组成时，则不属于软弱土。3、杂填土 杂填土一般是覆盖在城市地表的人工杂物。包括：碎砖瓦块等建筑垃圾、工业废料和生活垃圾等。l 杂填土主要特性：（1）强度低；（2）压缩性高；（3）均匀性差

3、。提高地基土强度，改善其变形特征和渗透性提高抗液化能力、消除湿陷、胀缩等其它病害地基处理目的是改善地基土工程性质，满足上部结构对地基稳定和变形的要求。地基处理方法的分类表地基处理方法的分类表物理处理化学处理热学处理置换排水密实加筋搅拌灌浆加热冻结第第2节节 垫层法垫层法l一、垫层的作用l当建筑物基础下的持力层比较软弱，不能满足上部荷载对地基的要求时，常采用垫层或换土的方法来处理软弱地基。先将基础下一定范围内承载力较低的软土层挖去，然后回填强度较高砂、碎石等，并且夯至密实。l按垫层的作用分类：换土垫层和排水垫层。l砂石换土地基可以提高地基承载力，减少沉降、加速软弱土层排水固结等作用。l砂石换土地

4、基具有施工简便，取材方便，费用较低的特点。比较适用于有一定透水性的粘性土地基，而不适用于湿陷性黄土地基和不透水的粘性土地基l砂石换土地基是上海地区最常用的换土地基。简称砂石地基。一、换土垫层法的原理l换土垫层法是将基础下一定深度内的软弱土层挖去，回填强度较高的砂、碎石或灰土等，并夯击、碾压至密实的一种地基处理方法。1、工程中常用的垫层有：砂垫层、砂卵石垫层、碎石垫层、灰土或素土垫层、煤渣垫层及其它性能稳定、无侵蚀性的材料做成的垫层。一、换土垫层法的原理 2、换土垫层法具有下列作用：(1)提高浅层地基承载力；(2)减少沉降量；(3)加速软弱土的排水固结；(4)防止冻胀；(5)消除膨胀土的胀缩性。

5、3、适用范围：建筑物荷载不大、软弱土层厚度较大时，采用换土垫层法能取得较好的加固效果。二、垫层设计要点 垫层的设计不但要满足建筑物对地基变形及稳定的要求，而且应符合经济合理的原则。设计内容主要是确定垫层断面合理的厚度和宽度。对于有排水要求的垫层来说，除要求有一定厚度和宽度外，还需形成一个排水面，促进软弱土的固结，提高强度，以满足上部结构的要求。(一)垫层厚度的确定 垫层厚度一般是根据垫层底面处土的自重应力与附加应力之和不大于软弱土层的承载力设计值进行确定。其表达式为：czz f f 垫层底面处软弱土层的承载力设计值；cz 垫层底面处土的自重应力(KPa)；z 垫层底面处土的附加应力(KPa)。

6、垫层底面处的附加应力z，按计算即：条形基础矩形基础 p 基础底面平均压力设计值(kPa)；C 基础底面标高处的自重应力(kPa)；l、b 基础底面的长度和宽度(m)；z 垫层的厚度(m)；垫层的应力扩散角，按表11-2选取。垫层材料z/b中砂、粗砂、砾砂、碎石类土、石屑粘性土和粉土（8Ip14）灰土0.25206300.503023(二)垫层宽度的确定 垫层的宽度除要满足应力扩散的要求外，还应防止垫层向两边挤动。如果垫层宽度不足，就有可能部分挤入侧面软弱土中，增大基础沉降。宽度计算通常可按应力扩散角法。扩散角仍可按表11-2选取。底宽确定后，再根据开挖基坑所要求的坡度延伸至地面，即得垫层的设计

7、断面。例11-1 某砖混结构办公楼，承重墙下为条形基础，宽1.2m，埋深1.0m，承重墙传至基础的荷载F=180kN/m；地表为1.5m厚的杂填土，=16kN/m3，sat=17kN/m3；下面为淤泥层，含水率w=50%,sat=19kN/m3；回归修正系数k=0.95，地下水埋深1.0m。试设计基础的垫层。垫层材料选中砂，并设垫层厚度z=1.5m，则垫层的应力扩散角=30o。垫层厚度的验算。据题意，基础底面平均压力设计值p 为：基底处的自重应力 c=161.0=16 kPa 垫层底面处的附加应力得：垫层底面处的自重应力 cz=161.0(17-10)0.5(19-10)1.0 =28.5 k

8、Pa 根据淤泥层的含水率w=50%，查得地基承载力基本 值 fo=70kPa，故 地 基 承 载 力 标 准 值fk=700.95=66.5 kPa。再经深度修正得地基承载力设计值f（查表得深度修正系数d=1.1）。f=fk+do（d-0.5）=66.5+1.1（2.5-0.5）161+（17-10）0.5+（19-10）1.0/2.5 =91.6 kPa ccz=63.028.5=91.5 kPa f =91.6 kPa 说明满足强度要求，垫层厚度选定为1.5m合适。（3）确定垫层底宽b b=b2z tan=1.221.5 tan30o=2.93 m 取b为3m，按1：1.5边坡开挖。三、施

9、工要点1、垫层施工必须保证达到设计要求的密实度。密实方法常用的有振动法、水撼法、碾压法等。这些方法都要求控制一定的含水率，分层铺砂厚约2030cm，逐层振密或压实，并应将下层的密实度检验合格后，方可进行上层施工。2、垫层的砂料必须具有良好的压实性。砂料的不均匀系数不能小于5，以中粗砂为好，可在砂中掺入一定数量的碎石，但要分布均匀。三、施工要点 3、开挖基坑铺设垫层时，必须避免对软弱土层的扰动和破坏坑底土的结构。基坑开挖后应及时回填，不应暴露过久或浸水，并防止践踏坑底。当采用碎石垫层时，应在坑底先铺一层砂垫底，以免碎石挤入土中。第第3节节 排水固结预压法排水固结预压法l在建筑物或构筑物建造前，先

10、在拟建场地上施加或分级施加与其相当的荷载，使土体中孔隙水排出，孔隙体积变小，土体密实，提高地基承载力和稳定性。堆载预压法处理深度一般达10m左右，真空预压法处理深度可达15m左右。三、砂井堆载预压法 机理 在软弱地基中用钢管打孔、灌砂，设置砂井作为竖向排水通道，并在砂井顶部设置砂垫层作为水平排水通道，在砂垫层上部堆载以增加土中附加应力，使土体中孔隙水较快地通过砂井和砂垫层排出，以达到加速土体固结，提高地基土强度的目的。三、砂井堆载预压法 (一)特点及适用范围1、砂井堆载预压法的特点：（1）可加速饱和软粘土的排水固结（沉降速度可加快2.02.5倍），提高地基的抗剪强度和承载力，防止基土滑动破坏；

11、（2）施工机具和方法简单，能就地取材，缩短工期，降低工程造价。三、砂井堆载预压法 (一)特点及适用范围 2、砂井堆载预压法适用范围：加固透水性低的饱和软粘土，用于机场跑道、工业建筑、油罐、水池、水工建筑、道路、码头、岸坡等工程地基处理。对于泥炭等有机沉积土地基则不适用。三、砂井堆载预压法(二)砂井的构造和布置 1、砂井的直径和间距l 砂井的直径和间距由粘性土层的固结特性和施工期限确定。l 常用直径为300400mm。砂井的间距常为砂井直径的69倍，一般不应小于1.5m。(二)砂井的构造和布置2、砂井长度（1）软粘土层不厚、底部有透水层时，砂井应穿透软粘土层；（2）软粘土层较厚，但间有砂层或砂透

12、镜体时，砂井应尽可能打至砂层或砂透镜体；（3）软粘土层很厚，其中又无透水层时，可按地基的稳定性及建筑物变形量要求来决定砂井长度。(二)砂井的构造和布置2、砂井长度 按稳定性控制的工程，如路堤、土坝、岸坡、堆料场等，砂井长度应通过稳定分析确定，砂井长度应超过最危险滑动面的深度。从沉降考虑，砂井应穿过主要的压缩层。砂井长度一般为1020m。(二)砂井的构造和布置3、砂井的布置和范围 砂井常按梅花形和正方形布置。图 假设每个砂井的有效影响面积为圆面积，如砂井间距为L，则等效圆（有效影响范围）的直径de与L的关 系 为：梅 花 形 de=1.05L；正 方 形 de=1.13L。砂井的布置范围应稍大于

13、建筑物基础范围，扩大的范围可由基础轮廓线向外增大约24m。(二)砂井的构造和布置4、砂垫层 在砂井顶面应铺设排水砂垫层，以连通各个砂井形成通畅的排水面，将水排到场地以外。砂垫层厚度一般为0.30.5m；水下施工时，砂垫层厚度一般为1m左右。为节省砂子，也可采用连通砂井的纵横砂沟代替整片砂垫层，砂沟的高度一般为0.51.0m，宽度取砂井直径的2倍。(三)地基固结度计算 1、竖向平均固结度Uz可按太沙基固结理论计算。如果考虑逐级加荷，则时间t从加荷历时的一半起算；如为双面排水，H取土层厚度的一半。2.根据Barron的解法计算径向平均固结度Uz TH 水平向固结时间因素，CH 水平固结系数，KH

14、水平渗透系数(cm/s)；F 与n有关的系数，n 井径比，n=de/dw；一般取为412。3.砂井的平均固结度为 例11-2 某工程建在饱和软粘土地基上，砂井长H=12m，间距l=1.5m，梅花形布置，dw=30cm，CH=Cv=1.010-3cm2/s，求一次加荷3个月时砂井地基的平均固结度。解竖向平均固结度 水平向平均固结度 地基的平均固结度 四、真空预压法 真空预压法是以大气压力作为预压荷载。先在需加固的软土地基表面铺设一层透水砂垫层，再在其上覆盖数层不透气的塑料薄膜或橡胶布，四周密封，与大气隔绝。在砂垫层内埋设渗水管道，然后与真空泵连通，进行抽气，使透水材料保持较高的真空度，在土体孔隙

15、水中产生负的孔隙水应力，将土中孔隙水和空气逐渐吸出，从而使土体固结。图(一)加固机理真空预压在抽气前，薄膜内外均承受一个大气压pa（98 kPa）的作用，抽气后薄膜内形成一个压力差：首先使砂垫层，其次是砂井中的气压降到pv，使薄膜紧贴砂垫层，由于土体与砂垫层和砂井间的压差，产生水力梯度，发生渗流，使孔隙水沿着砂井或塑料排水板上升而流入砂垫层内，被排出塑料薄膜外；(一)加固机理 地下水在上升的同时，形成排水体附近的真空负压，使土体内的孔隙水压形成压差，促使土中的孔隙水应力不断下降，地基有效应力不断增加，从而使土体固结。土体和砂井间的压差，开始时为 papv，随着抽气时间的增长，压差逐渐变小，最终

16、趋向于零，此时渗流停止，土体固结完成。所以真空预压过程，实质是利用大气压差作为预压荷载，使土体逐渐排水固结的过程。(二)特点及适用范围1、真空预压法的特点：（1）不需要大量堆载，可省去加载和卸载工序，节省大量材料、能源和运输能力，缩短预压时间；（2）真空法所产生的负压使地基土的孔隙水加速排出，可缩短固结时间；同时由于孔隙水排出，渗流速度增大，地下水位降低，由渗流力和降低水位引起的附加应力也随之增大，提高了加固效果；负压可通过管路传到任何场地，适应性强；（3）孔隙渗流水的流向及渗流力引起的附加应力均指向被加固土体，周围土体向预压区移动使整个加固地基呈收缩的趋势；（4）适用于超软粘土以及边坡、码头

17、等地基稳定性要求较高的工程地基加固，土愈软，加固效果愈明显；（5）真空预压加固地基影响范围广而深；（6）无噪声、无振动、无污染，可做到文明施工。(二)特点及适用范围2、真空预压法适用范围 真空预压法适用于饱和均质粘性土及含薄层砂夹层的粘性土，特别适于新吹填土、超软粘土地基的加固。但不适于在加固范围内有足够的水源补给的透水土层，以及无法堆载的倾斜地面工程进行地基处理。(三)真空预压的设计要点1、膜内真空度；2、加固区要求达到的平均固结度，一般可取80%；如工期许可；3、竖向排水体的尺寸；竖向排水体可采用直径7cm的袋装砂井或排水能力相当的宽度为10cm，厚度为0.30.4 cm的塑料排水板。4、

18、沉降计算；5、分段施工。第第4节节 深层水泥搅拌法深层水泥搅拌法 一、高压喷射注浆法l高压喷射注浆法又称旋喷法，是利用钻机把带有特殊喷嘴的注浆管钻进至土层的预定位置后，用高压脉冲泵，将水泥浆液通过钻杆下端的喷射装置，以高速高压射流喷入土体，冲击切削土层，使喷射流射程内的土体遭受破坏，同时，钻杆边转动边提升，使土体与水泥浆充分搅拌混合，凝聚固结后即在地基中形成一定强度的水泥土混合体，从而使地基得到加固。图 (一)分类及形式 1、根据使用机具设备不同，高压喷射注浆法分为：单管法、二重管法和三重管法。（1）单管法l用一根单管喷射高压水泥浆液作为喷射流，由于高压浆液射流在土中衰减快，破碎土的有效射程短

19、，成桩直径一般为0.30.8m。（2）二重管法l用同轴双通道二重注浆管同时喷射高压浆液和压缩空气，形成复合喷射流，成桩直径1m左右。（3）三重管法l用同轴三重注浆管同时喷射高压水流、压缩空气和水泥浆液。机理 高压水、气射流的共同作用，破坏土体并造成较大的空隙，使地基中一部分土粒随着水、气排出地面，高压浆液随之填充空隙。l成桩直径一般为1.02.0m，但桩体强度较低。(一)分类及形式 2、注浆形式分为：（1）旋转喷射注浆（旋喷法）；（2）定向喷射注浆（定喷法）；（3）在某一角度范围内摆动喷射注浆（摆喷法）。l加固体形状可分为立柱、壁状和块状等。(二)特点及适用范围1、高压喷射注浆具有以下特点：（

20、1）提高地基土的抗剪强度，改善土的变形性质；（2）利用小直径钻孔旋喷成比孔径大810倍的大直径固结体；可通过调节喷嘴的旋喷速度、提升速度、喷射压力及旋转角度形成各种形状桩体；可制成垂直桩、斜桩或连续墙，并获得需要的强度；(二)特点及适用范围1、高压喷射注浆具有以下特点：（3）可用于已有建筑物地基加固而不扰动附近土体，施工噪音低，振动小；（4）用于各种软弱土层，可控制加固范围；（5）设备轻便，机械化程度高，能在狭窄场地施工；（6）施工简便，操作容易，速度快，效率高，用途广，成本低。2、适用范围：（1）淤泥、淤泥质土、粘性土、粉土、砂土、湿陷性黄土、人工填土等地基的加固，（2）用于既有建筑和新建建

21、筑的地基处理、深基坑侧壁挡土或挡水、基坑底部防止管涌与隆起、坝的防渗加固等。若喷射浆液无法在土层中凝聚，则不宜采用。(三)桩径的选择 桩径的大小由注浆方法、土类、密度、施工条件等确定，表11-3桩直径设计值（m）供参考。方 法土 类旋 喷单管法二重管法三重管法粘性土0N56N1011N201.00.20.80.20.6+0.21.50.21.20.20.8+0.22.00.31.50.31.00.3砂 土0N1011N2021N301.00.20.80.20.6+0.21.30.21.10.21.0+0.22.00.31.50.31.20.3砂 砾20N300.60.21.00.21.20.3

22、 二、深层搅拌法l深层搅拌法系利用水泥（石灰）等材料作为固化剂，通过深层搅拌机在地基深部，就地将软土和固化剂（浆体或粉体）强制拌和，利用固化剂和软土发生一系列物理化学反应，使其凝结成具有整体性、水稳性好和较高强度的水泥土（灰土），与天然地基形成复合地基。(一)加固机理l水泥加固土由于水泥用量少（8%18%），水泥水化反应完全是在土粒周围产生的，水泥与软粘土拌和后，水泥中的矿物和土中水发生强烈的水解和水化反应，生成水化物。l石灰加固土除利用生石灰的吸水、膨胀和发热性能外，还利用石灰与软粘土发生离子交换和化学反应达到加固地基的目的。(二)特点适用范围1、深层搅拌法的特点是：（1）在地基加固过程中无

23、振动、无噪音、无污染；（2）对被加固土体无侧向挤压，对邻近建筑物影响很小；（3）有效提高地基强度；（4）施工工期短，造价低廉。(二)特点适用范围 2、适用范围：（1）加固深厚的淤泥、淤泥质土、粉土和含水率较高、地基承载力不大于120KPa的粘性土地基。（2）多用于墙下条形基础、大面积堆料厂房地基、深基坑支护与防渗、坑底抗隆起及地下防渗墙等工程。(三)复合地基承载力及桩平面布置 深层搅拌桩复合地基承载力可按下式计算：式中:fsp,k 复合地基的承载力标准值；m 面积置换率；AP 桩截面积；fs，k 桩间天然地基土承载力标准值；桩间土承载力折减系数；Rkd 单桩竖向承载力标准值。第六节 高压喷射注

24、浆法与深层搅拌法 Rkd应通过现场单桩载荷试验确定。单桩竖向承载力标准值可按下列二式计算，取其中较小值：式中:fcu,k 加固土立方体试块的无侧限抗压强度值 强度折减系数，可取0.350.50；桩周土的平均摩擦力；Up 桩周长；l 桩长；qp 桩端天然地基土的承载力标准值；折减系数，可取0.40.6。第六节 高压喷射注浆法与深层搅拌法 设计时，可根据所要求达到的地基承载力，按式求得面积置换率。深层搅拌桩平面布置可根据上部结构及加固目的要求，采用柱状、壁状、格栅状、块状等形式，可只在基础范围内布桩，可采用正方形或梅花形布桩形式。第第5节节 强夯法强夯法第第6节节 灌浆法灌浆法THE END FOR CHAPTER TWELVE